Dengan menggunakan model komputer baru, para astronom telah menentukan bahawa lubang hitam di tengah galaksi M87 sekurang-kurangnya dua kali lebih besar daripada yang difikirkan sebelumnya. Beratnya 6.4 bilion kali jisim Matahari, ia adalah lubang hitam paling besar yang diukur, dan model baru ini menunjukkan bahawa jisim lubang hitam yang diterima di galaksi besar lain yang berdekatan mungkin mati dengan jumlah yang sama. Ini mempunyai konsekuensi untuk teori bagaimana galaksi terbentuk dan berkembang, dan bahkan dapat menyelesaikan satu paradoks astronomi yang telah lama wujud.
Ahli astronomi Karl Gebhardt dari University of Texas di Austin dan Jens Thomas dari Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics memperincikan penemuan mereka pada hari Isnin di persidangan Persatuan Astronomi Amerika di Pasadena, California.
Untuk cuba memahami bagaimana galaksi terbentuk dan berkembang, para astronom memulakan dengan maklumat asas mengenai galaksi hari ini, seperti apa yang dihasilkannya, seberapa besar galaksi dan berapa beratnya. Ahli astronomi mengukur kategori terakhir ini, jisim galaksi, dengan mencatat kecepatan bintang yang mengorbit di galaksi.
Kajian mengenai jumlah jisim adalah penting, kata Thomas, tetapi "titik pentingnya adalah untuk menentukan sama ada jisim itu berada di lubang hitam, bintang-bintang, atau lingkaran gelap. Anda harus menjalankan model yang canggih untuk dapat mengetahui yang mana. Lebih banyak komponen yang anda ada, semakin rumit modelnya. "
Untuk model M87, Gebhardt dan Thomas menggunakan salah satu superkomputer paling berkuasa di dunia, sistem Lonestar di The University of Texas di Austin's Texas Advanced Computing Center. Lonestar adalah kluster Dell Linux dengan 5,840 teras pemprosesan dan dapat melakukan operasi 62 trilion floating-point sesaat. (Komputer riba teratas hari ini mempunyai dua teras dan dapat melakukan operasi sehingga 10 bilion titik terapung sesaat.)
Model M87 Gebhardt dan Jens lebih rumit daripada model galaksi sebelumnya, kerana selain memodelkan bintang dan lubang hitamnya, ia memperhitungkan "lingkaran cahaya gelap" galaksi, sebuah wilayah sfera mengelilingi galaksi yang melampaui utamanya struktur yang kelihatan, mengandungi "benda gelap" misterius galaksi.
"Pada masa lalu, kami selalu menganggap lingkaran cahaya gelap itu penting, tetapi kami tidak mempunyai sumber komputer untuk menerokainya juga," kata Gebhardt. “Kami hanya dapat menggunakan bintang dan lubang hitam sebelumnya. Melemparkan lingkaran gelap, menjadi terlalu mahal, anda harus pergi ke komputer super. "
Hasil Lonestar adalah jumlah yang besar untuk lubang hitam M87 beberapa kali daripada model sebelumnya. "Kami sama sekali tidak mengharapkannya," kata Gebhardt. Dia dan Jens hanya ingin menguji model mereka di "galaksi terpenting di luar sana," katanya.
Sangat besar dan berdekatan (dari segi astronomi), M87 adalah salah satu galaksi pertama yang dicadangkan untuk menyimpan lubang hitam pusat hampir tiga dekad yang lalu. Ia juga mempunyai jet penembakan yang aktif keluar dari inti galaksi ketika bahan berpusing lebih dekat ke lubang hitam, yang memungkinkan para astronom mengkaji proses di mana lubang hitam menarik jirim. Semua faktor ini menjadikan M87 sebagai "landasan untuk kajian lubang hitam supermasif," kata Gebhardt.
Hasil baru untuk M87 ini, bersama dengan petunjuk dari kajian lain dan pemerhatian teleskopnya sendiri (penerbitan dalam persiapan), mendorongnya untuk mengesyaki bahawa semua jisim lubang hitam untuk galaksi yang paling besar dipandang rendah.
Kesimpulan itu "penting untuk bagaimana lubang hitam berhubungan dengan galaksi," kata Thomas. "Jika anda mengubah jisim lubang hitam, anda mengubah bagaimana lubang hitam berhubungan dengan galaksi." Terdapat hubungan erat antara galaksi dan lubang hitamnya yang membolehkan para penyelidik menyiasat fizik bagaimana galaksi tumbuh sepanjang masa kosmik. Peningkatan jisim lubang hitam di galaksi yang paling besar akan menyebabkan hubungan ini dinilai semula.
Jisim yang lebih tinggi untuk lubang hitam di galaksi berdekatan juga dapat menyelesaikan satu paradoks mengenai jisim kuasar - lubang hitam aktif di pusat galaksi yang sangat jauh, yang dilihat pada zaman kosmik yang jauh lebih awal. Quasars bersinar terang ketika bahan berputar, mengeluarkan sinaran berlebihan sebelum melintasi cakrawala peristiwa (kawasan di luar yang tidak ada - bahkan cahaya - yang dapat melarikan diri).
"Terdapat masalah lama bahawa massa lubang hitam quasar sangat besar - 10 bilion massa solar," kata Gebhardt. "Tetapi di galaksi tempatan, kita tidak pernah melihat lubang hitam yang besar, hampir tidak. Kecurigaan sebelumnya adalah bahawa massa quasar itu salah, ”katanya. Tetapi "jika kita meningkatkan jisim M87 dua atau tiga kali, masalahnya hampir hilang."
Kesimpulan hari ini berdasarkan model, tetapi Gebhardt juga telah membuat pemerhatian teleskop baru M87 dan galaksi lain menggunakan instrumen kuat baru di Teleskop Utara Gemini dan Teleskop Sangat Besar Balai Cerap Eropah Selatan. Dia mengatakan data-data ini, yang akan diserahkan untuk diterbitkan tidak lama lagi, menyokong kesimpulan berdasarkan model semasa mengenai jisim lubang hitam.
Untuk pemerhatian teleskop masa depan mengenai lingkaran hitam galaksi, Gebhardt menyatakan bahawa instrumen yang agak baru di The University of Texas di Austin's McDonald Observatory adalah sempurna. "Sekiranya anda perlu mempelajari halo untuk mendapatkan jisim lubang hitam, tidak ada instrumen yang lebih baik daripada VIRUS-P," katanya. Instrumen tersebut adalah spektrograf. Ia memisahkan cahaya dari objek astronomi ke panjang gelombang komponennya, membuat tanda tangan yang dapat dibaca untuk mengetahui jarak, kelajuan, gerakan, suhu, dan banyak lagi objek.
VIRUS-P bagus untuk kajian halo kerana ia dapat mengambil spektrum di atas wilayah langit yang sangat besar, yang memungkinkan para astronom mencapai tahap cahaya yang sangat rendah pada jarak yang jauh dari pusat galaksi di mana lingkaran gelap itu dominan. Ini adalah prototaip, yang dibina untuk menguji teknologi yang masuk ke dalam spektrograf VIRUS yang lebih besar untuk Eksperimen Tenaga Gelap Hobby-Eberly Telescope (HETDEX) yang akan datang.
Sumber: AAS, Balai Cerap McDonald
